Detecting Unauthorized Drones with Cell-Free Integrated Sensing and Communication
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Upptäckt av obehöriga drönare med cellfri integrerad sensorer- och kommunikationsteknik (Swedish)
Abstract [en]
In recent developments in cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems, integrated sensing and communication (ISAC) technology has shown great potential by enhancing network efficiency through the dual use of resources for both communication and sensing applications. This project introduces a cell-free massive MIMO-ISAC framework aimed at detecting unauthorized drones while simultaneously meeting communication requirements. A Maximum a Posteriori Ratio Test (MAPRT) detector is proposed to identify passive aerial targets by processing signals received from distributed ground-based access points (RX-APs). Alongside sensing accuracy, timeliness is critical, as targets may exit the area before the sensing process is completed. To assess sensing performance, we define age of sensing (AoS) and sensing coverage as our performance metrics. We propose a joint blocklength and power optimization algorithm to jointly minimize AoS and maximize sensing coverage while ensuring communication requirements are met. Additionally, an adaptive weight selection algorithm is designed to balance AoS and sensing coverage. Simulation results show that, as communication demand increases, sensing coverage decreases while AoS increases. However, the proposed algorithm achieves almost full sensing coverage while reducing AoS by 45% compared to fixed-weight approaches in power and blocklength allocation.
Abstract [sv]
I de senaste framstegen inom cellfria massiva multiple-input multiple-output (MIMO)-system har integrerad sensorer- och kommunikationsteknik (ISAC) visat stor potential genom att förbättra nätverkets effektivitet genom dubbel användning av resurser för både kommunikation och sensorerapplikationer. Detta projekt presenterar en cellfri massiv MIMO-ISAC-ramverk som syftar till att upptäcka obehöriga drönare samtidigt som kommunikationskrav uppfylls. En maximum a posteriori-kvottestdetektor (MAPRT) föreslås för att identifiera passiva flygande mål genom att bearbeta signaler mottagna från dis- tribuerade markbaserade accesspunkter (RX-APs). Förutom noggrannhet vid sensorupptäckt är tidsfaktorn avgörande eftersom målen kan lämna området innan upptäcktsprocessen är avslutad. För att bedöma prestandan hos sensorer definieras åldern av sensorinformation (Age of Sensing, AoS) och sensor- täckning som prestandamått. Vi föreslår en gemensam optimeringsalgoritm för blocklängd och effekt för att samtidigt minimera AoS och maximera sensor-täckning, samtidigt som kommunikationskraven säkerställs. Dessutom utvecklas en adaptiv viktvalsalgoritm för att balansera AoS och sensor- täckning. Simuleringsresultaten visar att när kommunikationskravet ökar, minskar sensor-täckningen och AoS ökar. Emellertid uppnår den föreslagna algoritmen nästan full sensor-täckning samtidigt som AoS minskas med 45 % jämfört med metoder med fasta vikter för effekt- och blocklängdsallokering.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 54
Series
TRITA-EECS-EX ; 2025:12
Keywords [en]
Integrated sensing and communication (ISAC), Multiple-input multiple- output (MIMO), Cell-free massive MIMO, Centralized-radio access network (C-RAN), Power allocation, Multi-static sensing, Age of sensing (AoS).
Keywords [sv]
Integrerad känslig och kommunikation (ISAC), Multi-ingång multi-utgång(MIMO), Cellfritt massivt MIMO, Centraliserat radioaccessnätverk(C-RAN), Eektfördelning, Multistatisk känslighet, Känslighetsålder(AoS).
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-361680OAI: oai:DiVA.org:kth-361680DiVA, id: diva2:1947294
Supervisors
Examiners
2025-03-272025-03-252025-03-27Bibliographically approved